BrainGripper mógłby pomóc Stephenowi Hawkingowi i innym cierpiącym na paraliż - mówi nam twórca rewolucyjnej protezy Maciej Krysmann

Proteza sterowana za pomocą mózgu to coś, co wciąż pozostaje w sferze marzeń wielu ograniczonych ruchowo osób. Postanowiliśmy dowiedzieć się więcej na temat tego bardzo ciekawego wynalazku, który może zmienić życie wielu osób z problemami ruchowymi.

Hubert Taler, Spider's Web: Jak to się stało, że student zajął się tak zaawansowanym projektem?

Maciej Krysmann: Jestem doktorantem na Wydziale Elektroniki Politechnice Wrocławskiej, w Katedrze Systemów i Sieci Komputerowych. Praktycznie od zawsze fascynował mnie mózg od strony jego działania jako swoistej "maszyny", czyli tego jak funkcjonuje.

Jedną z wielu inspiracji, które pchnęły mnie w tym kierunku była książka "Eksperyment Terminalny" Roberta Sawyera (przyp. red. Eksperyment Terminalny to książka, w której naukowiec tworzy komputerową symulację własnej osobowości). Tematyką bezpośrednio związaną z falami mózgowymi (EEG) i ich zastosowaniem do sterowania komputerami, czy robotami zainteresowałem się już w czasie studiów, ale wtedy sprzęt był trudniej dostępny.

Czy projekt powstał od razu jako przedsięwzięcie biznesowe, czy dopiero później odkrył pan ten potencjał?

Pojawiła się możliwość współpracy z sektorem militarnym. Niestety kontakt się rozmył i wtedy nic z tego nie wyszło. Zająłem się więc zagadnieniami związanymi z przetwarzaniem i rozpoznawaniem innych biosygnałów typu: EKG, EMG oraz rozwojem samych algorytmów sztucznej inteligencji (niezbędnych w zagadnieniach tzw. rozpoznawania) i również ich zastosowaniami w konkretnych problemach. Kiedy pojawiły się możliwości wróciłem do tematyki EEG, początkowo pracując na sprzęcie badawczym, dużo droższym niż ten, na którym bazowałem w projekcie. Szybko zauważyłem, że te badania, choć niesamowicie zaawansowane, ciekawe i interesujące, poza aspektem naukowym są daleko od wdrożenia.

Jak więc doszło do pomysłu na BrainGrippera?

Projekty te były prowadzone na drogim i trudno dostępnym sprzęcie, wymagającym kłopotliwej (z punktu widzenia potencjalnego użytkownika) obsługi i przygotowania. Jednak pracując nad tymi projektami zebrałem doświadczenie i rozwijałem moje algorytmy i sposoby przetwarzania sygnałów EEG, które wykorzystałem później w projekcie BrainGripper. BrainGripper od początku powstawał tak, aby był realny do wdrożenia, by możliwie krótka była droga do pojawienia się go jako dostępnego dla niemalże każdego potrzebującego.

Chciałem przede wszystkim, by BrainGripper pomógł niepełnosprawnym już teraz, w momencie kiedy inne projekty nie są jeszcze realne do użytku komercyjnego.

Czy praca nad BrainGripperem była częścią pracy na uczelni? Czy wiąże się z nim jakąś praca naukowa?

Prace nad BrainGripperem bazują na moim doświadczeniu naukowym uzyskanym na uczelni - zarówno w zakresie przetwarzania sygnałów (biosygnałów) jak i tworzenia algorytmów sztucznej inteligencji. Jednak bezpośrednio BrainGripper nie był częścią pracy na uczelni. W samym zagadnieniu wykorzystania EEG do sterowania (z innym podejściem niż w moim projekcie) prowadziłem i prowadzę nadal prace typowo naukowo-badawcze oraz publikuję w tej tematyce.

Proszę opowiedzieć naszym czytelnikom o samym projekcie. Skąd pomysł?

Projekt BrainGripper jest nową technologią, nowym podejściem do sterowania opartego o myśli, a sterować możemy nie tylko bioprotezą. Aktualnie dostępne na rynku protezy mechaniczne są sterowane za pomocą sygnałów odbieranych z mięśni - miopotencjałów (EMG).

Kilka zespołów na świecie pracuje nad systemami pozwalającymi na sterowanie za pomocą myśli, czyli EEG. Skupiają się oni jednak na systemach wielokanałowych. Krótko mówiąc - wymagają użycia wielu elektrod aby zapewnić działanie. Jakkolwiek ich wyniki są bardzo fajne, dążą do sterowania każdym palcem z osobna, to zastosowanie takich systemów w normalnym użytkowaniu na dziś jest praktycznie niemożliwe. Główną przyczyną są koszty sprzętu oraz niewygoda w użytkowaniu - na przykład konieczność noszenia całego czepka z elektrodami. Z tych powodów postanowiłem pójść zupełnie inną drogą. Mój projekt od początku powstawał tak, by był wygodny w użyciu i łatwo dostępny. Stąd z założenia zaledwie jedna elektroda wykorzystana do skutecznego sterowania bioprotezą.

Film robi wrażenie, ale... jak to właściwie działa?

W skrócie: sygnał z elektrody jest przetwarzany na cyfrowy i zostaje bezprzewodowo przesłany do komputera. Tam zostaje automatycznie sparametryzowany, czyli wyliczany jest szereg różnych właściwości sygnału, które następnie są przekazane do algorytmów sztucznej inteligencji. Opracowane przeze mnie algorytmy dokonują rozpoznawania, stwierdzają, czy człowiek skupił się na zamknięciu, czy na otwarciu protezy. Wynik zostaje przekazany do zewnętrznego sterownika, który podłączony bezpośrednio do protezy umożliwia wysterowanie jej. Sterownik też jest opracowany przeze mnie, jest dopasowany do konkretnej protezy, ale może być w łatwy sposób przebudowany tak, by umożliwiał sterowanie inną protezą, czy też urządzeniem.

Co spełnia rolę jednostki obliczeniowej BrainGrippera?

Pomimo tego, że komputer wygląda nietypowo, może przywodzić na myśl jakieś superkomputery, jest po prostu odpornym na wodę starym laptopem z jednordzeniowym procesorem 1,6GHz oraz 1GB pamięci RAM. Krótko mówiąc – jest gorszy od smartfona za 300 zł, a wystarcza do pełnej obsługi oprogramowania. W docelowym rozwiązaniu oprogramowanie będzie wbudowane w sterownik (ten naturalnie będzie mniejszy niż na filmie), na etapie badań i rozwoju wygodniej mi było mieć program na komputerze.

Komu BrainGripper przyda się najbardziej?

BrainGripper mógłby pomóc Stephenowi Hawkingowi i wielu innym osobom cierpiącym na wszelakie silne paraliże ciała, gdy ludzie są wstanie ruszać jedynie oczami. Oczywiście mój projekt pomaga także tym, którzy utracili ręce, co przedstawiłem na filmie. Zastosowanie do sterowania protezą jest jednym z wielu możliwych, pierwszym, które w naturalny sposób się nasuwa. Niejednokrotnie sterowanie na podstawie mięśni, czy nerwów uszkodzonej kończyny jest mało skuteczne. Oczywistym jest więc sięgnięcie po lepszy (choć trudniejszy w wykorzystaniu) sygnał.

W jaki sposób używa się BrainGrippera?

Wystarczy zamontować taką chwytną protezę na mechanicznym ramieniu i już umożliwiamy osobie całkowicie sparaliżowanej, która nie mówi, rusza jedynie oczami, czyli jest praktycznie odcięta od świata, samodzielne chwycenie kubka i napicie się wody. Mam już opracowany (choć jeszcze nie zbudowany) taki system. Możemy też dać możliwość życia zawodowego osobom sparaliżowanym. Dzięki takiemu systemowi osoby, które nie mają możliwości zrobienia czegokolwiek, będą mogły wygodnie spełniać się pracując, np. korzystając z internetu.

Brzmi to jak cud. 

To jest bardzo ważna kwestia, gdyż dziś te osoby są w pewien sposób wykluczone ze społeczeństwa i leżą zamknięte w domu. Oczywiście sterowanie za pomocą myśli nie jest moim pomysłem, to znane już pojęcie BCI (Brain-Computer Interface). Mój pomysł pozwala na skuteczne wykorzystanie taniego systemu opartego o jedną elektrodę, co jest innowacyjne w stosunku do dużo droższych wielokanałowych systemów.

A w czym BrainGripper może się przydać ludziom zdrowym? Rozrywka?

BrainGripper oczywiście może być też wykorzystany do celów rozrywkowych takich jak choćby różnego rodzaju gry. Co prawda takie kontrolery już są, niektóre są nawet tańsze w produkcji niż mój projekt, jednak w ich przypadku nie jest już tak dobrze z działaniem. Opiera się ono na innym podejściu pozwalającym na znacznie mniej niż mój projekt. Mówiąc o najnowocześniejszych technologiach nie sposób nie wspomnieć też o zastosowaniach militarnych. Prym oczywiście wiedzie tu DARPA. Jakiś czas temu pojawiły się informacje mówiące o pracach nad komunikacją myślową typu mózg-mózg dla żołnierzy. Rzucam więc wyzwanie - jeśli znajdzie się odpowiedni inwestor, to w ciągu pół roku opracuję system do komunikacji mózg-mózg w oparciu o moje metody.

Na pewno praca naukowca i wynalazcy obfituje w pomysły do realizacji. Co następne?

BrainGripper nie jest moim jedynym projektem. Mam wiele pomysłów z różnych dziedzin. Niektóre są już projektami o różnym stopniu zaawansowania. Do tego większość z nich może być stosunkowo szybko wdrożona.

Dziękujemy za rozmowę, życzymy powodzenia w poszukiwaniu inwestora i wielu pomysłów w przyszłości.

Również dziękuję!